CN106271716A - 一种用于薄壁零件加工的支撑装置及薄壁零件加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于薄壁零件加工的支撑装置及薄壁零件加工方法，支撑装置包括：安装座；多个缓冲装置，安装在安装座上且沿安装座的周向间隔排列；多个支撑件，分别连接在各缓冲装置上，各支撑件具有用于支撑薄壁零件的支撑面，缓冲装置能对支撑件支撑的薄壁零件进行缓冲。薄壁零件加工方法包括：将薄壁零件安装在柔性多点模具上定型；采用柔性夹具夹持薄壁零件周边，再由翻转工装将薄壁零件由水平位置翻转到竖直位置；采用移动工装将薄壁零件输送到五坐标数控铣切设备的加工区域，并采用连接在五坐标数控铣切***的摆角头上的支撑装置支撑薄壁零件；采用铣切设备对薄壁零件进行铣削加工。本发明能有效解决薄壁零件加工过程中的变形问题。

Description

一种用于薄壁零件加工的支撑装置及薄壁零件加工方法

技术领域

本发明涉及薄壁零件加工技术领域，尤其是在薄壁零件铣削过程中使用的一种用于薄壁零件加工的支撑装置及薄壁零件加工方法。

背景技术

薄壁结构类零件包括飞机蒙皮、汽车覆盖件等，蒙皮是飞机机翼和机身的覆盖件，是构成飞机气动外形的关键零件，具有尺寸大、品种多、外形复杂、批量小等特点。原来采用的加工方式主要采用模具工装拉形、切边和多台阶化铣的工艺方法制造，其先进程度是衡量一个国家飞机制造能力和水平的重要标志。

在我国航空工厂的传统生产模式中，每项蒙皮零件均需一套专用实体模具工装用于拉形、切边和化铣刻线，制造专用实体模具工装所耗工时占零件研制周期的60～80％；对于蒙皮的台阶加工，传统的蒙皮的工艺采用化铣，化铣过程中包含表面除油、涂止铣橡胶层、橡胶层激光刻线和去除、化铣等过程。传统化铣工艺技术存在的问题是：制造时间长，导致整个产品加工周期长，精度稳定性差；由于采用了化学药剂，环境污染也相当严重，不环保，并且制造成本居高不下，所需费用高，生产效率低下；从加工精度上分析，采用化铣加工工艺，零件至少需要两次装夹，重复装夹影响工件的定位精度；而且化铣工艺采用相对尺寸和厚度控制，加工精度很难控制；另外在化铣过程中蒙皮精度主要靠模具工装和切边工艺保证，模具工装品种多、数量大、协调关系复杂，生产准备周期长，零件的相对尺寸和厚度不容易精准控制。因此，传统的蒙皮零件制造模式不适应现代飞机快速研制和批生产的要求，也不适应先进生产管理模式和精益生产的要求，已经严重制约了我国飞机的研制和生产。

柔性多点模具和龙门、卧式五坐标蒙皮数控铣切设备采用数铣替代化铣，能解决传统化铣工艺存在的问题。卧式五坐标蒙皮数控铣切***包括铣切设备、支撑端、翻转工装等，当加工薄蒙皮时，由于材料本身的特性，虽然零件经过了热处理，但不可避免地在切削过程中产生振动现象，这样就影响了加工精度和零件的质量，因此提出蒙皮类零件在加工过程中，采用一端加工，一端支撑的方法，此种加工方法的优势在于，支撑装置与加工刀具方向实时法向一致，有效解决了零件在加工过程中刚性差、变形的问题。支撑装置是卧式五坐标蒙皮数控铣切***关键组成部分，通过支撑装置进行数控铣削加工，可以缩短蒙皮零件制造周期、大幅度减少工装数量、降低制造成本和提高制造质量。

柔性多点模具和龙门、卧式五坐标蒙皮数控铣切设备虽然能解决小型蒙皮零件的加工问题，但是对于大型蒙皮零件，柔性多点模具只能对蒙皮曲面进行多点离散支撑，蒙皮是薄壁零件，在刀具对夹持点之间的悬空区域，特别是薄壁蒙皮施加切削力时，该部位蒙皮会不可避免地发生震颤，使切削深度和表面粗糙度无法控制，造成薄壁零件加工过程中出现变形。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于薄壁零件加工的支撑装置及薄壁零件加工方法，能解决薄壁零件在铣削加工过程中的变形问题。

为达到上述目的，本发明提出一种用于薄壁零件加工的支撑装置，其包括：安装座；多个缓冲装置，安装在安装座上，且沿安装座的周向间隔排列；多个支撑件，分别连接在各缓冲装置上，各支撑件具有用于支撑薄壁零件的支撑面，缓冲装置能对支撑件支撑的薄壁零件进行缓冲。

如上所述的用于薄壁零件加工的支撑装置，其中，各缓冲装置外分别套设有弹簧，弹簧的两端分别抵靠缓冲装置和支撑件，弹簧能对支撑件支撑的薄壁零件产生预压。

如上所述的用于薄壁零件加工的支撑装置，其中，各缓冲装置为可调式液压缓冲器，各缓冲装置包括缸体和能轴向移动地穿设于缸体内的导杆，支撑件连接在导杆伸出缸体的一端，弹簧套设在导杆外，且弹簧的两端分别抵靠缸体和支撑件。

如上所述的用于薄壁零件加工的支撑装置，其中，多个缓冲装置分别通过细牙螺纹与安装座连接，通过旋转细牙螺纹调整缓冲装置的高度，以使支撑件的支撑面对薄壁零件产生预压，多个缓冲装置外还分别套设有能将高度调整到位的缓冲装置锁紧在安装座上的细牙螺母。

如上所述的用于薄壁零件加工的支撑装置，其中，用于薄壁零件加工的支撑装置还包括支撑盘，支撑盘与安装座连接，支撑盘的中部凸设有支撑部，支撑部具有用于支撑薄壁零件的支撑面，支撑盘的轴向贯穿有导向孔，导向孔为多个，且围绕支撑部间隔排列，各支撑件分别能轴向移动地穿设于各导向孔。

如上所述的用于薄壁零件加工的支撑装置，其中，安装座包括柱状的第一安装座和柱状的第二安装座，第一安装座的直径大于第二安装座的直径，第二安装座的一端和多个缓冲装置均连接在第一安装座的端部，多个缓冲装置围绕第二安装座间隔排列，支撑盘连接在第二安装座的另一端，多个导向孔围绕第二安装座间隔排列。

如上所述的用于薄壁零件加工的支撑装置，其中，各支撑件为半球形的球头，支撑件的支撑面为半球面。

如上所述的用于薄壁零件加工的支撑装置，其中，缓冲装置的数量为六个，支撑件的数量为六个。

本发明还提供一种薄壁零件加工方法，其包括以下步骤：步骤S10：将薄壁零件安装在柔性多点模具上定型；步骤S20：采用柔性夹具夹持薄壁零件周边，再由翻转工装将薄壁零件由水平位置翻转到竖直位置；步骤S30：采用移动工装将薄壁零件输送到五坐标数控铣切***的铣切设备的加工区域，并采用连接在五坐标数控铣切***的摆角头上的如上的支撑装置支撑薄壁零件；步骤S40：采用铣切设备对薄壁零件进行铣削加工。

如上所述的薄壁零件加工方法，其中，多个缓冲装置分别通过细牙螺纹与安装座连接，通过旋转细牙螺纹调整缓冲装置的高度，以使支撑件的支撑面对薄壁零件产生预压，多个缓冲装置外还分别套设有能将调整到位的缓冲装置锁紧在安装座上的细牙螺母，用于薄壁零件加工的支撑装置还包括支撑盘，支撑盘与安装座连接，支撑盘的中部凸设有用于支撑薄壁零件的支撑部，支撑盘的轴向贯穿有导向孔，导向孔为多个，且围绕支撑部间隔排列，各支撑件分别能轴向移动地穿设于各导向孔；在步骤S30中，采用支撑装置支撑薄壁零件的具体操作步骤为：步骤S301：调整细牙螺纹，直至各支撑件的支撑面与薄壁零件接触；步骤S302：继续调整细牙螺纹，直至各支撑件的支撑面对薄壁零件产生不引起薄壁零件变形的预压力。

本发明的用于薄壁零件加工的支撑装置及薄壁零件加工方法的特点和优点是：

1、本发明的用于薄壁零件加工的支撑装置，通过设置缓冲装置和支撑件，能对薄壁零件的加工区域进行支撑和缓冲，有效辅助加强薄壁零件加工区域的刚性，借助缓冲装置的缓冲作用，支撑件能随着薄壁零件加工区域的加工变形而平稳随动，从而能始终保持与薄壁零件加工区域完全接触，防止薄壁零件在加工过程中出现震颤、变形，同时方便加工时控制切削深度和表面粗糙度，提高加工尺寸精度；

2、本发明的用于薄壁零件加工的支撑装置，通过设置弹簧，能对薄壁零件产生缓冲和预压，使支撑件始终顶住薄壁零件，能进一步提高支撑装置对薄壁零件的支撑效果，防止薄壁零件在加工过程中出现震颤、变形；

3、本发明的用于薄壁零件加工的支撑装置及薄壁零件加工方法，能解决薄壁零件加工过程中的变形问题，为柔性多点模具和卧式五坐标数控铣切设备相结合的新工艺装备提供了一种新的薄壁零件加工工艺方法，可完全替代化铣，无污染，加工精度高，生产效率高。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明的用于薄壁零件加工的支撑装置的主视图；

图2是本发明的用于薄壁零件加工的支撑装置的剖视图；

图3是本发明的用于薄壁零件加工的支撑装置的侧视图；

图4是本发明的用于薄壁零件加工的支撑装置的立体图。

主要元件标号说明：

1安装座

11第一安装座 12第二安装座

2缓冲装置

21缸体 22导杆

3支撑件

4弹簧

5支撑盘

51支撑部 52导向孔

6细牙螺母

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明提出一种用于薄壁零件加工的支撑装置，用于对卧式铣削过程中的蒙皮类、汽车覆盖件等薄壁钣金零件进行支撑，其中飞机蒙皮的厚度为2mm～8mm，本发明的支撑装置包括安装座1、多个缓冲装置2和多个支撑件3，安装座1呈盘状，也可称为安装盘，是支撑装置的主要机械支撑体，多个缓冲装置2安装在安装座1上，且沿安装座1的周向间隔排列；多个支撑件3分别连接在各缓冲装置2上，各支撑件3具有用于支撑薄壁零件加工区域的支撑面，缓冲装置2能对支撑件3支撑的薄壁零件进行缓冲和预压。

本发明的支撑装置，通过设置多个缓冲装置2和支撑件3，能对薄壁零件的加工区域进行支撑和缓冲，加强薄壁零件加工区域的刚性，通过缓冲装置2的缓冲作用，支撑件3能随着薄壁零件加工区域的加工变形而平稳移动(随动)，从而能始终保持与薄壁零件加工区域完全接触，方便加工时控制切削深度和表面粗糙度，防止薄壁零件在加工过程中出现震颤、变形。

进一步，各支撑件3的支撑面为光滑的曲面，不仅不会划伤薄壁零件，且利于与薄壁零件随动，提高支撑效果。

更进一步，各支撑件3为半球形的球头，各支撑件3的支撑面为半球面，以防止划伤薄壁零件的表面；由于支撑件3直接与薄壁零件加工面的反面接触，支撑件3的材料优选为聚四氟乙烯，不仅能保证在与加工头法向随动的过程中，不划伤薄壁零件的表面，还具有自润滑性能。

如图2所示，在一个优选的实施例中，各缓冲装置2外分别套设有弹簧4，弹簧4和缓冲装置2构成弹性缓冲机构，弹簧4的两端分别抵靠缓冲装置2和支撑件3，弹簧4能有效对支撑件3支撑的薄壁零件产生预压，保证支撑件3与薄壁零件始终完全接触，同时弹簧4也对薄壁零件具有一定缓冲作用。

在一个可行的技术方案中，缓冲装置2为液压缓冲器，每个缓冲装置2包括缸体21和能轴向往复移动地穿设于缸体21内的导杆22，导杆22例如为活塞杆或与活塞杆连接的杆体，支撑件3连接在导杆22伸出缸体21的一端，弹簧4套设在导杆22外，且弹簧4的两端分别抵靠缸体21和支撑件3。其中，液压缓冲器的结构为现有技术，故不赘述。对于缓冲装置的结构，本发明不加以限制，还可以采用其它现有的缓冲装置。

进一步，缓冲装置2为阻尼可调式液压缓冲器，使用时能通过调节液压缓冲器的压力旋钮调整阻尼大小，从而能调整缓冲力的大小，以及调整缓冲装置对薄壁零件的预压力。

如图2所示，进一步，多个缓冲装置2分别通过细牙螺纹与安装座1连接，通过旋转细牙螺纹调整缓冲装置2的高度，从而使支撑件3的支撑面与薄壁零件充分接触，顶住薄壁零件，并对薄壁零件产生预压，保证薄壁零件加工区域的刚性，同时应注意保证此预压力不会引起薄壁零件的变形，多个缓冲装置2外还分别套设有细牙螺母6，通过旋转细牙螺母6将高度调整到位的缓冲装置2锁紧在安装座1上。通过采用细牙螺纹，可以实现精细调整缓冲装置2的高度，保证各支撑件3与薄壁零件加工面的反面完全、充分接触。

具体是，缸体21与安装座1通过细牙螺纹连接，细牙螺母6套设在缸体21外，例如安装座1上均布有多个M33×1.5螺纹孔，缸体21伸入螺纹孔内，与安装座1螺纹连接。

如图3、图4所示，在一个具体实施例中，本发明的支撑装置还包括支撑盘5，支撑盘5与安装座1连接，支撑盘5的中部(圆心区域)凸设有用于支撑薄壁零件加工区域的支撑部51，支撑盘5的轴向贯穿有导向孔52，导向孔52为多个，且在支撑盘5的周向围绕支撑部51间隔排列，各支撑件3分别能轴向移动地穿设于各导向孔52。通过设置支撑部51，能对薄壁零件进行稳定支撑，支撑部51与支撑件3配合，能有效加强薄壁零件的加工区域的刚性，有效避免薄壁零件的震颤变形；通过设置导向孔52，可对支撑件3的轴向移动进行导向，进一步提高支撑的平稳性。

其中，支撑件3凸出于导向孔52外，以便于有效支撑薄壁零件。

进一步，支撑部51具有用于支撑薄壁零件的平滑支撑面，例如支撑部51呈圆柱形，支撑部51的端面为支撑面，通过将支撑部51的支撑面设计为平滑结构，能防止划伤薄皮零件的表面；由于支撑盘5直接与薄壁零件加工面的反面接触，支撑盘5的材料优选为聚四氟乙烯，不仅能防止划伤薄皮零件的表面，还具有自润滑性能。

进一步，安装座1包括圆柱状的第一安装座11和圆柱状的第二安装座12，第一安装座11的直径大于第二安装座12的直径，第二安装座12的一端和多个缓冲装置2均连接在第一安装座11的端部，多个缓冲装置2围绕第二安装座12间隔排列，支撑盘5连接在第二安装座12的另一端，例如支撑盘5通过螺钉与第二安装座12连接，多个导向孔52围绕第二安装座12间隔排列，多个导向孔52与多个缓冲装置2一一对应设置，以便于各支撑件3伸入对应的导向孔52。

其中，第一安装座11与第二安装座12可以为一体成型结构，也可以为分体式结构。

另外，为了增加安装座1的刚性，安装座1的材料优选为40Cr钢。

在如图4所示的实施例中，缓冲装置2的数量为六个，支撑件3的数量为六个，弹簧4的数量为六个，因此本发明的支撑装置为包括六个支撑件3和一个支撑部51的七点支撑结构。这样设置的优点在于，尽管三点即可稳定支撑，但对于薄壁零件，其壁薄且刚性差，三点支撑不能完全加强刚性，本发明采用七点支撑，保证圆周方向支撑件3的六点支撑中，至少三点与薄壁零件接触，中间支撑部51的一点与薄壁零件接触，实现至少四点与薄壁零件接触，采用过约束对于薄壁零件局部区域的刚性加强更有利。

本发明采用七点接触，并通过缓冲装置2和弹簧4调节支撑件3对薄壁零件的预压接触，保证了薄壁零件在加工区域的局部刚性，减小了薄壁零件加工过程中的震颤，也保证了薄壁零件的加工精度和粗糙度。

其中，在安装座1上均布有8个用于安装螺钉的M8螺钉孔，在使用时，安装座1通过螺钉连接在卧式五坐标数控铣切***的摆角头上，随摆角头一起运动。

采用本发明的支撑装置支撑薄壁零件，能有效辅助加强薄壁零件局部刚性，保证薄壁零件在数控加工过程中高的刚性和加工精度，解决薄壁零件加工过程中的变形问题，非常适用于新一代军民机薄壁类零件加工过程中的反面支撑。

本发明还提供一种薄壁零件加工方法，该薄壁零件加工方法包括以下顺序执行的步骤：

步骤S10：将薄壁零件安装在柔性多点模具上定型；

步骤S20：采用柔性夹具夹持薄壁零件周边，再由翻转工装将薄壁零件由水平位置翻转到竖直位置；

步骤S30：采用移动工装将薄壁零件输送到卧式五坐标数控铣切***的铣切设备的加工区域，并采用连接在卧式五坐标数控铣切***的摆角头上的上述支撑装置支撑薄壁零件；

步骤S40：采用卧式五坐标数控铣切***的铣切设备对薄壁零件进行铣削加工。

其中，柔性多点模具、柔性夹具、翻转工装、移动工装和卧式五坐标数控铣切***的结构均为现有技术，故不赘述。

因此，本发明的用于薄壁零件加工的支撑装置为柔性多点模具和卧式五坐标数控铣切设备相结合的新工艺装备提供了一种新的薄壁类零件加工方法，能防止加工过程中对薄壁零件施加切削力时的震颤变形。

进一步，在步骤S30中，采用上述支撑装置支撑薄壁零件的具体操作步骤依序为：

步骤S301：调整细牙螺纹，直至将各缓冲装置2的高度调整至使各支撑件3的支撑面与薄壁零件接触；

步骤S302：继续调整细牙螺纹，直至各支撑件3的支撑面顶在薄壁零件的加工面的反面(可称为非加工面)，并对薄壁零件产生不引起薄壁零件变形的预压力。

本发明的薄壁零件加工方法，提供了一种蒙皮等薄壁零件加工的新工艺方法，可完全替代化铣，无污染，提高加工精度和生产效率。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (10)

1.一种用于薄壁零件加工的支撑装置，其特征在于，所述用于薄壁零件加工的支撑装置包括：

安装座；

多个缓冲装置，安装在所述安装座上，且沿所述安装座的周向间隔排列；

多个支撑件，分别连接在各所述缓冲装置上，各所述支撑件具有用于支撑薄壁零件的支撑面，所述缓冲装置能对所述支撑件支撑的薄壁零件进行缓冲。

2.如权利要求1所述的用于薄壁零件加工的支撑装置，其特征在于，各所述缓冲装置外分别套设有弹簧，所述弹簧的两端分别抵靠所述缓冲装置和所述支撑件，所述弹簧能对所述支撑件支撑的薄壁零件产生预压。

3.如权利要求2所述的用于薄壁零件加工的支撑装置，其特征在于，各所述缓冲装置为可调式液压缓冲器，各所述缓冲装置包括缸体和能轴向移动地穿设于所述缸体内的导杆，所述支撑件连接在所述导杆伸出所述缸体的一端，所述弹簧套设在所述导杆外，且所述弹簧的两端分别抵靠所述缸体和所述支撑件。

4.如权利要求1所述的用于薄壁零件加工的支撑装置，其特征在于，多个所述缓冲装置分别通过细牙螺纹与所述安装座连接，通过旋转所述细牙螺纹调整所述缓冲装置的高度，以使所述支撑件的支撑面对所述薄壁零件产生预压，多个所述缓冲装置外还分别套设有能将高度调整到位的缓冲装置锁紧在所述安装座上的细牙螺母。

5.如权利要求1至4任一项所述的用于薄壁零件加工的支撑装置，其特征在于，所述用于薄壁零件加工的支撑装置还包括支撑盘，所述支撑盘与所述安装座连接，所述支撑盘的中部凸设有支撑部，所述支撑部具有用于支撑所述薄壁零件的支撑面，所述支撑盘的轴向贯穿有导向孔，所述导向孔为多个，且围绕所述支撑部间隔排列，各所述支撑件分别能轴向移动地穿设于各所述导向孔。

6.如权利要求5所述的用于薄壁零件加工的支撑装置，其特征在于，所述安装座包括柱状的第一安装座和柱状的第二安装座，所述第一安装座的直径大于所述第二安装座的直径，所述第二安装座的一端和多个所述缓冲装置均连接在所述第一安装座的端部，多个所述缓冲装置围绕所述第二安装座间隔排列，所述支撑盘连接在所述第二安装座的另一端，多个所述导向孔围绕所述第二安装座间隔排列。

7.如权利要求1至4任一项所述的用于薄壁零件加工的支撑装置，其特征在于，各所述支撑件为半球形的球头，所述支撑件的支撑面为半球面。

8.如权利要求1至4任一项所述的用于薄壁零件加工的支撑装置，其特征在于，所述缓冲装置的数量为六个，所述支撑件的数量为六个。

9.一种薄壁零件加工方法，其特征在于，所述薄壁零件加工方法包括以下步骤：

步骤S10：将薄壁零件安装在柔性多点模具上定型；

步骤S20：采用柔性夹具夹持薄壁零件周边，再由翻转工装将薄壁零件由水平位置翻转到竖直位置；

步骤S30：采用移动工装将薄壁零件输送到五坐标数控铣切***的铣切设备的加工区域，并采用连接在五坐标数控铣切***的摆角头上的如权利要求1所述的支撑装置支撑薄壁零件；

步骤S40：采用所述铣切设备对薄壁零件进行铣削加工。

10.如权利要求9所述的薄壁零件加工方法，其特征在于，多个所述缓冲装置分别通过细牙螺纹与所述安装座连接，通过旋转所述细牙螺纹调整所述缓冲装置的高度，以使所述支撑件的支撑面对所述薄壁零件产生预压，多个所述缓冲装置外还分别套设有能将调整到位的缓冲装置锁紧在所述安装座上的细牙螺母，所述用于薄壁零件加工的支撑装置还包括支撑盘，所述支撑盘与所述安装座连接，所述支撑盘的中部凸设有用于支撑所述薄壁零件的支撑部，所述支撑盘的轴向贯穿有导向孔，所述导向孔为多个，且围绕所述支撑部间隔排列，各所述支撑件分别能轴向移动地穿设于各所述导向孔；

在所述步骤S30中，采用所述支撑装置支撑薄壁零件的具体操作步骤为：

步骤S301：调整所述细牙螺纹，直至各所述支撑件的支撑面与薄壁零件接触；

步骤S302：继续调整所述细牙螺纹，直至各所述支撑件的支撑面对薄壁零件产生不引起薄壁零件变形的预压力。